JPH02115376A - 非晶質合金薄帯の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、非晶質金属薄帯の表面処理方法に関し、と
くに冷却ロールを用いた液体急冷法にて作製した非晶質
金属薄帯を冷却ロールから巻取り装置まで搬送する間に
、その表面に効果的な表面被覆処理を施そうとするもの
である。

（従来の技術） 近年、単ロール法や双ロール法など冷却ロールを利用し
た液体急冷法によって、溶融金属（合金を含む。以下同
じ）を直接金属薄帯に加工する製造技術の開発が進めら
れている。殊に単ロール法による超急冷凝固で作製され
た非晶質合金薄帯については、長範囲の周期性を有しな
い特異な原子配列に基づくユニークな磁性などの物理的
性質を活用する試みが行なわれている。

変圧器や回転機等の電気機器に使用される鉄心材料には
、優れた励磁特性と低い鉄損特性が必要とされ、従来こ
のような特性を満足する素材として、けい素鋼板とくに
方向性けい素鋼板が多用されてきた。

一方、Ｆｅ系非晶質合金薄帯も、鉄損が極めて低く、ま
た励磁特性に優れているばかりでなく、飽和磁束密度も
比較的高いことから、鉄心材料として必要な特性を満足
していることが知られている。

しかもこの種非晶質合金は、結晶化温度も５００　’Ｃ
以上であって、耐熱性の面からも問題がなく、これは長
期間の実トランスを用いた実証テストでも確認されてい
る。

ところで非晶質合金薄帯の一般的な製造法である液体急
冷法における凝固速度の制約から、非晶質合金薄帯の板
厚は極めて薄く、通常５０Ｂｍ以下である。したがって
、変圧器などの鉄心を作製する場合には、けい素鋼板以
上に多数回の巻き加工や積み加工が必要となる。

ここに巻き加工や積み加工の結果性じた積層鋼板間の眉
間絶縁抵抗が小さい場合には、渦電流が生じて、鉄損増
大の原因となる。この渦電流損を減少させるためには、
けい素鋼板では表面絶縁被膜の存在が不可欠となってい
る。

この点、非晶質合金薄帯の場合は、素材そのものの電気
抵抗か高く、また表面凹凸もあるため、ある程度の眉間
抵抗が得られるので、鉄心材料として用いる際にも、絶
縁被膜は必要ないと考えられたこともあったが、最近で
は非晶質合金薄帯の製造技術が向上し、表面が著しく平
滑になったこともあって、広幅非晶質合金薄帯の場合に
はとりわけ、表面絶縁被膜の必要性が認識されるように
なった。

さらに、変圧器の鉄心材料としては、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ系
およびＦｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ系非晶質合金が適しているが
、これらの合金は耐食性があまり良好ではなく、室内に
放置するだけで発錆するという欠点があり、従ってかよ
うな非晶質合金薄帯に耐食性を付与する意味からも、表
面被膜は必要と考えられる。

従来から行われている非晶質合金薄帯に対する表面被膜
の被覆方法としては、−旦液体急冷法により非晶質合金
薄帯コイルを製造したのち、別ラインで巻き変えながら （１）ロールコータやスプレーによる塗布・焼付法（２
）　　蒸着やイオンブレーティングなどの気相法（３）
　　水溶液中での電気化学的処理による電解法などを用
いて表面被覆を施すのが一般的であった。

しかしながら非晶質合金薄帯は極めて薄く、比表面積が
大きいので、表面処理のための通仮に長時間を要し、コ
スト高になる欠点があった。

この点、特公昭６３−３７１８８号公報では、溶融金属
を移動する冷却体の表面に噴射し、急冷凝固させて金属
薄帯を製造する単ロール法において、溶融金属の噴射に
続いて薄帯の表面に被膜形成剤を吹きつける方法を提案
している。この方法は、冷却ロール面を急冷凝固時の抜
熱に用いるだけでなく、表面処理に関してはバックアッ
プロールとして利用することにより、別ラインでの通板
の省略を意図したものである。この方法は形のうえでは
巧妙なやり方ではあるが、高温の溶融金属が噴射する周
辺で水溶液系あるいは有機溶媒系の液体を用いなければ
ならないので、環境衛生上ならびに安全上の問題があっ
た。また金属薄帯表面上に吹きっけられた被膜形成剤の
残余が、冷却ロール面をも汚し、引き続乏金属薄帯の円
滑な製造を撰なうという欠点もあった。

また特開昭５９−６４７７７号公報では、冷却ロールか
ら剥離した直後の急冷金属薄帯表面上に絶縁材料を噴霧
状に塗布する表面処理方法を提案している。

すなわち単ロール法による非晶質合金薄帯の場合、剥離
直後における薄帯温度は２００　’Ｃ以上になっている
ので、薄帯がこの温度範囲にある間に絶縁材料を含む有
機溶剤をスプレーすることによって、非晶質合金の鋳造
と同時に表面処理を施す方法である。この方法では絶縁
材飛散防止用の遮へい板を設けることによって冷却ロー
ルの汚染を防止しているが、有機溶剤が火気の直近にあ
る点では、玉揚した特公昭６３−３７１８８号公報と同
じ安全上の問題を残している。また、この方法では冷却
ロールから剥離して、飛翔する非晶質合金薄帯に絶縁材
料を噴霧するわけであるが、実際に飛翔している非晶質
合金薄帯は極めて激しくばたつき、同時に波打っている
ので、塗布処理は容易でなく、仮に塗布できたとしても
、上記のばたつきや波打ちのために、スプレーノズルと
非晶質合金薄帯の間隔が常に変動することから、著しい
塗布むらが生じるところに問題があった。

その他、特開昭５７−５９６６９号公報では、液体急冷
法により製造された電磁鋼板を、一定温度に加熱したロ
ールで圧下することによって調温した後、エポキシ樹脂
、ポリエステル樹脂、ナイロン、ポリ塩化ビニルあるい
はポリエチレンなどの有機物粉体樹脂を静電塗着するこ
とによって、電磁鋼板に絶縁被膜を形成する方法を提案
している。しかしながら、この方法は２０〜３０ｍ／秒
という、極めて高速度で製板される非晶質合金薄帯に対
しては適用することができないという致命的な欠点を有
する。なぜなら通板速度が速いと、調温用ロールに接触
させても非晶質合金薄帯を所定温度まで加熱することは
できないからである。また、これらの有機物粉体樹脂は
磁場焼鈍過程で非晶質合金と反応し、その結晶化を招い
て磁気特性を著しく劣化させるという欠点もあった。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、゛上記の諸問題を有利に解決するもので、
環境衛生上および安全上の問題を招くことなく、また高
速通板下でも塗布むらなどの発生を生じることがない非
晶質合金薄帯の表面処理方法を提案することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 以下、この発明の解明経緯について説明する。

この発明は、従来技術を検討することから得られた。

すなわち非晶質合金薄帯の表面処理を別ラインで行うこ
とは極めて非能率的であり、溶融金属を急冷凝固させて
非晶質金属を製造する際に、同時に表面被覆を施すこと
が基本的には効率の良い方法であることは明らかである
。しかしながら前掲特公昭６３−３７１８８号公報に提
案されているような冷却ロール表面を利用する方法では
、より本質的な非晶質合金薄帯の製造そのものが円滑に
行えなくなってしまう欠点があった。

この発明においても、溶融金属を急冷凝固させて非晶質
金属を製造する際に、同時に表面被覆を施すことを基本
とするけれども、表面処理装置の設置が非晶質合金薄帯
の製造に悪影響を及ぼすことは本末転倒であるから、こ
の発明においては冷却ロールと巻取り機とを遠隔配置と
し、その中間領域に安定なパスラインを形成し、そこに
表面処理装置を設置することにしな。これによって表面
処理系を製板系と分離できるばかりでなく、冷却ロール
と巻取り機との間で非晶質合金薄帯のばたつきや波打ち
を防止することができるので、従来技術が抱えていた諸
問題を一挙に解決することができたのである。

すなわちこの発明は、合金溶湯を、高速で回転する冷却
ロールの表面に接触させ、その急冷凝固を強いて薄帯化
を導きつつ、得られた薄帯を巻取り機にて連続的に巻取
ることからなる非晶質合金薄帯の製造法において、冷却
ロールと巻取り機とを遠隔配置としてその間に安定した
パスラインを形成し、このパスラインにて薄帯表面に、
コーティング液の塗布ついで加熱処理を施すことからな
る非晶質合金薄帯の表面処理方法（第１発明）である。

さらにこの発明は、上記第１の発明のコーティング液の
塗布が非接触式の塗布方法によるものである第２の発明
、ならびに、これら第１又は第２の発明におけるコーテ
ィング液が、無機系コーティング剤を水および／または
有機溶媒に溶解または分散させたものである第３の発明
を提供するものである。

この発明において、冷却ロールと巻取り機の中間位置に
パスラインを安定に形成するためには、例えば第１図に
例示するように、ダンサ−ロール６を設けることが好ま
しい。

このように冷却ロールと巻取り機の中間位置にパスライ
ンを安定に形成しこのライン上に表面処理装置を設ける
には、急冷凝固により製造された非晶質合金薄帯を冷却
ロールから巻取り機まで安定して搬送することが必要で
あり、このためには出願人が先に特開昭６３−１１９９
５８号公報、実開昭６３−２９６５２号公報、特願昭６
２−２９０４７７号明細書および特願昭６２−２９９８
８６号明細書などに開示した搬送技術が役立つ。

コーティング液の非接触式塗布方法としては、スプレィ
法、静電塗装法およびカーテン塗布法などが好適に使用
できるが、これに限定されるものではない。

（作　用） この発明では、非晶質合金薄帯に対する表面処理を非晶
質合金薄帯の製造と同時に同一ライン内で行う。このよ
うに表面処理を非晶質合金薄帯が冷却ロールから巻取り
機まで搬送される間に行うことによって、冷却ロールの
表面処理剤による汚染が回避されるだけでなく、安定な
パスラインを利用することによって、選択できる表面処
理方式の自由度が拡大される利点もある。

しかしながら非晶質合金薄帯の製造速度は一般的には２
０〜３０ｍ／秒であり、板厚も通常５０μＩ以下である
から、表面被膜を施す方法にもおのずから限界がある。

すなわち塗布方法として最も一般的なロールコータ一方
式では、通板速度が速すぎるだけでなく、塗布開始時に
著しい張力変動の吸収を含む張力向御の面からも不適切
である。具体的にいくつかの方式を試みたところ、アプ
リケ−クロールやブレードなどを非晶質合金薄帯に接触
させる方法は薄帯破断の危険性が高く、工業的ではない
ことが判明した。

そこでこの発明では、非接触式の表面被覆方法を採用す
ることにした。

その１つは、第１図に示したような装置を用いるスプレ
ーコータ方式である。同図に示したところにおいて、番
号１は射出ノズル、２は冷却ロール、３は非晶質合金薄
帯、４はエアナイフ、５は巻取り機、そして６がダンサ
−ロールである。また７はスプレーノズル、８はフロー
ティングドライヤーであり、これらで表面処理装置９を
構成する。

この方法は、１個あるいは複数個のノズルからコーティ
ング液を非晶質合金薄帯の片面あるいは両面に非接触的
に噴射することによって塗布するものである。この場合
、ノズルと薄帯間の距離に若干の変動があったとしても
、塗布性状への影響は僅かであるから、薄帯の搬送時に
生じる若干の外乱は問題とならない、ここにノズルと薄
帯間の距離を厳密に制御するためには、バックアップロ
ールを用いることができる。なお薄帯間の眉間絶縁抵抗
による鉄損低減のみが目的ならば、表面被膜は片面処理
だけでも有効ではあるが、耐久性の付与も必要とする場
合には、第１図に示したように非晶質合金薄帯の表裏面
を処理することが望ましい。この両面同時処理は特公昭
６３−３７１８８号公報に開示の方法では不可能であり
、この発明の優れた点である。

他の１つは、静電コータ方式である。この方法ではノズ
ル先端で高電圧により帯電させたコーティング液を、冷
却ロールまたは巻取り機、あるいは非晶質合金薄帯の後
方にあるバックアップロールを介して接地した非晶質合
金薄帯表面に付着させる。この方法も非接触式であるか
ら、ノズルと薄帯間の距離に若干の変動があったとして
も、塗布性状への影響は僅かであり、薄帯の搬送時に生
じる若干の外乱は問題とはならない。

その他、カニテン塗布法も上述の方法と同様に非接触的
な塗布方法であるから、有効に採用することができる。

次にコーティング液は、無機系のコーティング剤たとえ
ば、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア等の一
種または二種以上を、水および／または有機溶剤（例え
ばイソプロピルアルコールなど）に溶解ないしは分散さ
せたものを用いる。

この点コーティング剤そのものを有機系の樹脂とするの
は、非晶質合金薄帯の磁場中焼鈍の際にその合金化を招
き磁気特性を劣化させるので好ましくない。

この発明において、と（に注意を要するのは、塗布後の
乾燥・焼付けである。というのは未乾燥のままでコイル
に巻き取られると非晶質合金薄帯は錆びてしまうからで
ある。したがって充分に乾燥させてから巻取ることが必
要なわけであるが、非晶質合金薄帯の通板速度は早いの
で、ライン長を抑えようとすると短時間のうちに乾燥・
焼付けを行う必要がある。もっとも冷却ロールから剥離
されたのちの非晶質合金薄帯の温度は１００〜２００°
Ｃであるから、この顕熱とともに、ノズルからの高温ガ
ス例えば１５０〜４００°Ｃ程度のガスを利用すること
によってコーティング液を急速加熱することができ、か
くして容易に表面被膜を形成することができる。

（実施例） 前掲第１図に示した装置を用いて、Ｆ８ｓｏ　Ｂ　＋　
＋５ｉａＣ＋組成（ａｔ％）の熔融合金を、１５０　ｍ
ｍ長のスリット状射出ノズル１から２５ｍ／秒で回転す
る銅合金製冷却ロール２上に射出し、急冷凝固して非晶
質合金薄帯３を製造した。ついで得られた薄帯を、エア
ナイフ４で冷却ロールから剥離したのち、搬送台車上の
ピンチロールで捕捉し、次いで巻取り機５まで搬送台車
を移動することにより非晶質合金薄帯を巻取り機５まで
搬送し、パスラインを形成した。その後に張力制御のた
めのダンサ−ロール６、および表面処理装置９を構成す
るスプレーノズル７とフローティングドライヤー８をラ
イン内に設置し、直ちに巻取りとともに非晶質合金薄帯
への表面被覆処理を開始した。

表面被膜形成剤としてはコロイド状のアルミナ微粉末を
含む水溶液を用いたところ、平均膜厚０．１μｍの表面
被膜を被成することができた。また上記の表面処理によ
って非晶質合金薄帯の搬送が阻害されることはなく、安
定な巻取りを続行することができた。

なお表面被膜を施した非晶質合金薄帯を、３６０°Ｃに
おいて、２０００　Ａ　／　ｍの磁界中で真空焼鈍し、
磁気特性を測定したところ、５０　Ｈｚ　、１．３　Ｔ
における鉄損は０．０９Ｗ／ｋｇと極めて低い値を示し
た。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、非晶質合金薄帯の製造とと
もに、表面被覆処理を安定して施すことができ、従って
工業的な生産技術としての効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、表面処理装置を組み込んだ非晶質合金薄帯製
造装置の模式図である。 ・・・射出ノズル　　　　２・・・冷却ロール・・・非
晶質合金薄帯　　４・・・エアナイフ・・・巻取り機　
　　　　６・・・ダンサ−ロール・・・スプレーノズル ・・・フローティングドライヤー ・・・表面処理装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、合金溶湯を、高速で回転する冷却ロールの表面に接
   触させ、その急冷凝固を強いて薄帯化を導きつつ、得ら
   れた薄帯を巻取り機にて連続的に巻取ることからなる非
   晶質合金薄帯の製造法において、 冷却ロールと巻取り機とを遠隔配置としてその間に安定
   したパスラインを形成し、このパスラインにて薄帯表面
   に、コーティング液の塗布ついで加熱処理を施すことを
   特徴とする非晶質合金薄帯の表面処理方法。 ２、コーティング液の塗布が、非接触式の塗布方法によ
   るものである請求項１記載の方法。 ３、コーティング液が、無機系コーティング剤を水およ
   び／または有機溶媒に溶解または分散させたものである
   請求項１または２記載の方法。